饵料微藻光生物反应器智能调控关键技术研究与实现

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饵料微藻是一种具有生长繁殖快、营养价值大以及单位产量高等特点光合微生物,是鱼类等水生物的重要食物来源。水产养殖产业的发展越来越快,饵料微藻的需求量也越来越大。而在商业化领域中,微藻养殖普遍采用的是粗放型养殖方式,存在产量低、质量不高以及占地面积较大的问题,严重阻碍了微藻养殖产业的发展。因此,开发和研制低成本、高效率易于商业化应用的养殖系统已然成为提高微藻整体产量的关键所在。  饵料微藻光生物反应器是一种能够对饵料微藻的生长环境进行实时调控,进而优化微藻培养条件,实现微藻快速培养的系统。目前已有的光生物反应器在一定程度上解决了粗放型养殖中存在的问题,但在规模化推广应用中,光生物反应器仍存在调控参数单一,控制精确度低,培养量较小的问题,未能对同一区域多台光生物反应器进行有效地统一管理,运行成本较高。  为此,本文在已有的光生物反应器研究基础之上,结合生物工程技术和信息技术等,设计一款新型光生物反应器,实现对反应器内部光照条件的精确控制,提高了单台反应器的培养效率,并建立多台光生物反应器的协同调控模型,实现了对同一区域多台反应器的集中管理,降低整体运行成本。本论文的主要工作如下:  1.设计了一款以光照为检测对象的,具有内外置光源调控设备,能够根据光照条件的变化和微藻藻细胞浓度的变化及时调整内外置光源工作状态的光生物反应器调控系统。在国内外已有研究成果的基础之上,从光照对微藻生长的影响以及光照在光生物反应器内部的衰减规律入手,探讨如何为光生物反应器设计合理的内外置光源结构。  2.为了更加准确地检测反应器内的光照强度,设计了一种多传感器数据融合方法:根据传感器在反应器内部安装位置的不同,对多个传感器采集的数据进行综合分析和处理,并将处理后的数据作为内外置光源控制系统的输入量。  3.提出了一种合理的外置光源设备结构布局方案,并根据光照在反应器内光衰减规律以及饵料微藻的生长特性设计一种用于光照调控的分级调控模型,达到对反应器内光照环境参数的精准控制。  4.建立基于ZigBee网络的多台光生物反应器协同调控模型,实现对分布于同一区域的多台光生物反应器集中管理。光生物反应器在规模化应用中,存在的管理复杂和运行成本较高的问题,因此,引入无线传感网络技术,使得上位机管理端与现场控制端组成一个无线通信网络,实现数据和命令的无线传输,提高系统管理效率,降低整体运行成本。对设备间的无线通信协议封装方法做出了详细介绍。最终达到光生物反应器分散调控,集中管理的目的,节约整个系统的运行成本。
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